科研成果

近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率从最初的3.8％迅速增至25.2％。高效的钙钛矿太阳能电池得益于钙钛矿材料出色的光电性能。然而，由于基于溶液的制造工艺和钙钛矿材料的离子性质，钙钛矿薄膜中仍然存在一些缺陷，这些缺陷可能会充当非辐射复合中心，从而降低钙钛矿太阳能电池的性能。同时，由于缺陷导致钙钛矿薄膜的分解，PSC的长期稳定性也受到不利影响。基于此，我们从钙钛矿材料出发提出优化策略，在提升PSC效率的同时使其稳定性得到进一步提高。

近日，西南大学材料与能源学院朱琳娜和吴飞课题组提出了一种多功能三氟甲烷磺酸钪添加剂(Sc(OTF)₃)对钙钛矿材料的优化策略。文章第一作者为研究生三年级学生李淑芳，该工作成功发表在英国皇家化学会杂志《Journal of Materials Chemistry A》上，标题为“A Multifunctional additive of Scandium Trifluoromethanesulfonate to Achieve Efficient Inverted Perovskite Solar Cells with High Fill Factor of 83.80%”。该成果表明，将Sc(OTF)₃作为多功能添加剂引入钙钛矿前驱液时，磺酸基团可以与钙钛矿中的铅配位，从而减缓钙钛矿的结晶过程，有利于获得具有大晶粒尺寸，高结晶度和少缺陷的高质量钙钛矿薄膜。同时，钙钛矿前驱液中掺杂的稀土离子Sc³⁺可与钙钛矿相互作用，从而改善钙钛矿薄膜的形貌并延长载流子寿命。此外，Sc(OTF)₃与甲胺离子之间的氢键相互作用可以减少有机物的挥发，从而有助于改善钙钛矿薄膜的稳定性。Sc(OTF)₃掺杂的倒置PSC的效率达到20.63％，开路电压1134 mV，短路电流密度为21.71 mA/cm²，填充因子高达83.80％。该体系的FF值是目前倒置钙钛矿太阳能电池中取得的最高值之一。文章中部分代表性图表如下所示：

图一：不同浓度Sc(OTF)₃掺杂钙钛矿薄膜的 (a) XRD图谱，(b) UV-Vis吸收光谱；（c）仅空穴器件，（d）仅电子器件的原始钙钛矿和0.1mg / ml Sc(OTF)₃掺杂钙钛矿的缺陷态密度曲线。

图二:（a）器件结构示意图；（b）不同浓度Sc(OTF)₃掺杂器件的电流密度-电压（J-V）曲线；（c）外部量子效率（EQE）光谱和积分的J_sc曲线；（d）不同浓度Sc(OTF)₃掺杂的器件的J-V迟滞曲线。

备注：该成果在线网络链接为：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta07567a#!divAbstract